III Techniki wzmacniania belek

III Techniki wzmacniania belek
III-1. Kilka prostych i użytecznych wskazówek w zakresie projektowania i wzmacniania konstrukcji
Genialny inżynier budownictwa z końca XX wieku, Peter Rice, który zaprojektował takie obiekty, jak:
cieplarnie bioklimatyczne w Villette, centrum Pompidou, przeszklenia Luwru, lotnisko w Kansai czy
budynek Lloyda w Londynie… tak uzasadnił swoje przedwczesne zniknięcie: „Doskonałość techniczna nie
polega na tym, że dodaje się ostatni możliwy element do konstrukcji, ale wręcz przeciwnie, kiedy
odejmuje się z niej ostatni ze zbędnych składników. Daje to wrażenie czystości strukturalnej, która dla
niewtajemniczonych sprawia wrażenie wielkiej prostoty!”
Cytat ten wskazuje na potrzebę analizy przydatności każdego elementu konstrukcji. Przystępując do
wzmacniania elementów konstrukcyjnych, dobrze jest zastanowić się, gdzie zastosowanie dodatkowego
materiału może być najbardziej potrzebne i efektywne, gdzie wszystkie jego zalety będą optymalnie
wykorzystane.
W niektórych przypadkach, jak np. przy projektach antysejsmicznych, dodanie złego elementu może
prowadzić do osłabienia konstrukcji. Dla przykładu: zwiększenie sztywności krótkiego słupa przez dodanie
elementów konstrukcyjnych spowoduje nieodwracalne zmiany, skutkujące zwiększoną podatnością na
uszkodzenia. Proste zasady wytrzymałości materiałów sformułowane w tym rozdziale są użyteczne przy
projektach poprzedzających realizację i mają bardzo duże znaczenie dla powodzenia operacji wzmacniania
konstrukcji.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
III-2. Wzmacnianie istniejących kształtowników stalowych przy pomocy płaskowników i profili spawanych
Wzmacnianie stropów poprzez zwiększenie przekroju belek polega na dodaniu płaskowników lub stalowych
kształtowników, przyspawanych, przykręcanych lub przyklejanych do oryginalnego dwuteownika.
Wzmocnienia są zazwyczaj rozmieszczone pod dolną stopą, ewentualnie na środniku. Górna stopa
również może zostać wzmocniona, jeżeli jest dostępna.
Najczęściej sposobem na zwiększenie sztywności belek jest dodanie płaskowników do dolnej części stóp.
Zabieg ten znacznie poprawia bezwładność i wytrzymałość belki. Wytrzymałość na ścinanie można
poprawić poprzez wprowadzenie wzmocnień na środnikach, w miejscach działania dużych sił ścinających
(podpory). Przy dodawaniu stalowych elementów należy zwrócić uwagę na zgodność metalurgiczną
materiałów, zwłaszcza, gdy mają być one spawane. W sposób analogiczny wzmacniać można elementy
konstrukcji stalowych (patrz następna karta).
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
III-3. Wzmacnianie istniejących kształtowników stalowych przy pomocy płaskowników i profili spawanych
Karta ta ukazuje przykład zastosowany przy renowacji i wzmacnianiu szklarni w Parku Miejskim Parc de la
Tête d’Or w Lyonie (Francja). Ze względu na korozję i miejscowe osłabienie oryginalnych XIX-wiecznych
elementów trzeba było je wzmocnić, zachowując estetykę architektoniczną obiektu i jego status zabytku.
W pierwszej kolejności oczyszczono szczotkowaniem elementy konstrukcji. Następnie sprawdzono
połączenia (nity i śruby), a na koniec dodano stalowe elementy wzmacniające, jak to pokazano na
rysunkach.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
III-4. Wzmacnianie belek żelbetowych przy pomocy dodatkowych elementów stalowych
Stropy betonowe tracą swe parametry nośne na skutek uszkodzenia warstwy zewnętrznej, zbrojenia
(korozja, pożar), zwiększenia obciążeń eksploatacyjnych (zmiana przeznaczenia). Ich osłabienie może też
wynikać z błędów popełnionych w fazie projektowania lub realizacji (błędy w obliczeniach, błędy popełnione
podczas zalewania betonem …).
Podobnie może się zdarzyć w przypadku przebijania nowych otworów w istniejących płytach, gdy często
dochodzi do pęknięcia elementów. Pomimo istnienia wielu sposobów technicznego rozwiązania wzmocnień
(natrysk betonem, żywice syntetyczne …), specjaliści z branży bardzo sobie chwalą wzmacnianie belek i
płyt z betonu zbrojonego za pomocą stali, ponieważ oferuje ona elastyczność i łatwość realizacji. Na
rysunkach przedstawiono kilka wybranych możliwości.
Na rysunku a widzimy wzmocnienie kleszczowe, rysunek b prezentuje wzmocnienie belki poprzez jej
rozbudowanie i zabudowanie zwartych profili. Wreszcie rysunek c pokazuje wzmocnienie wzdłużne belki
poprzez przyklejenie blachy żywicą epoksydową. Technologia ta, zwana metodą Hermite’a, jest również
stosowana do wzmocnienia żelbetowych płyt mostowych. Należy jednak zaznaczyć, że przedstawione
rozwiązanie nie wnosi nic do wytrzymałości ogniowej stali ze względu na charakterystykę ogniową klejów.
Dodatkowa belka stalowa, zamocowana śrubami z dołu płyty lub do belki żelbetowej, stanowi również
skuteczne wzmocnienie.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
III-5. Wzmacnianie belek drewnianych przy pomocy profili stalowych
Wzmocnienie głównych belek starych konstrukcji jest łatwe do wykonania przy użyciu stali. Możliwe są
liczne rozwiązania. W niniejszej karcie przedstawiono jedynie kilka przykładów.
Rysunek a): belka wzmocniona przez obustronne obłożenie stalowymi dwuteownikami i ceownikami (I, H
lub U). Możliwe jest także nasadzenie belki stalowej na istniejącą belkę drewnianą w celu jej podtrzymania
(rysunek b), pod warunkiem, że nie zagraża to osunięciem belki. Założenie odpowiedniej ilości łączników
(śrub naprężających) dla połączenia drewna ze stalą sprawi, że bezwładność i wytrzymałość nowego
zespołu będzie większa od sumy bezwładności i wytrzymałości obu belek.
Rysunek c) przedstawia przykład wzmocnienia drewnianej belki poprzez podwieszenie. Stalowa belka o
odpowiedniej bezwładności, umieszczona prostopadle do rozpiętości pierwotnej konstrukcji, jest zakotwiona
w ścianach. Drewniane belki są następnie łączone z belką stalową za pomocą strzemion.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
III-6. Wzmacnianie lub naprawa drewnianych belek stropowych przy pomocy stalowych kształtowników
Podobnie jak w przypadku konstrukcji szkieletowych, wzmacnianie drewnianych stropów odbywa się albo
przez wzmocnienie osłabionych belek (spróchniałych lub stoczonych przez owady) odpowiednio dobranymi
profilami stalowymi, albo przez odciążenie starych belek (np. poprzez przeniesienia odciążenia podłogą na
nowe stalowe legary). Na rysunkach zaprezentowano kilka przykładów wzmocnień belek stropowych dla
zachowania istniejącego stropu bez konieczności demontażu.
Na rysunku a) pokazany jest stary strop z „kulawymi belkami”,
wzmocniony przy użyciu ceowników. Wzmocnienie wykonano z
wykorzystaniem ceowników (U), mocowanych z jednej lub z
dwóch stron wzmacnianego elementu w taki sposób, aby złożona
belka opierała się o dolną płaszczyznę podłogi i górną stropu,
tworząc swego rodzaju łącznik odległościowy. Ma to zapobiegać
niebezpieczeństwu wyboczeń.
Rysunek b) przedstawia wzmocnienie odciążające istniejące
drewniane belki stropowe, których rola ograniczy się teraz
wyłącznie do podtrzymania sufitu. Obciążenia są całkowicie
przejęte przez nowe stalowe legary, umieszczone w stropie.
Podparcia uszkodzonych belek stropowych mogą również zostać
wzmocnione poprzez dodanie nakładek stalowych.
Problem można rozwiązać poprzez utworzenie nowej podpory albo
zastosowanie konsoli, słupów lub elementów murowanych. Można
również dosztukować do uszkodzonej belki nowy element z
odpowiednio przygotowanego drewna, połączony z belką za
pośrednictwem dwóch stalowych nakładek, przymocowanych
śrubami lub kotwami.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
III-7. Naprawa drewnianych belek stropowych przy zastosowaniu stalowych dźwigarów
Stropy lub dachy starych budynków są często wykonane przy użyciu zgrubnie obrobionych drewnianych
okrąglaków, które zostały zakotwione w murze w sposób mniej lub bardziej regularny. Nieszczelność dachu
lub utrzymująca się wilgoć mogą spowodować gnicie drewnianych elementów nośnych. Powstałe w ten
sposób nieodwracalne uszkodzenia mogą w konsekwencji doprowadzić do zerwania stropu lub nawet
dachu. Po podparciu konstrukcji i usunięciu uszkodzonych oraz spróchniałych fragmentów można
zastosować skuteczną metodę wzmacniania. Polega ona na umieszczeniu stalowego dźwigara brzegowego
prostopadle do belek stropowych i do belek uszkodzonych.
Stalową belkę dźwigara typu IPE lub HE należy starannie podeprzeć
stemplami tak, aby szczelnie przylegała do belek stropowych. Po
zakotwieniu w przeciwległych ścianach może ona skutecznie służyć jako
nowe podparcie dla belek stropowych. Dodatkową zaletą zastosowania
stalowej belki jest jej stosunkowo niewielki przekrój, możliwy dzięki
doskonałej wytrzymałości i sprężystości materiału.
Pierre Engel dla www.constructalia.com
III-8. Kilka przykładów wzmocnienia konstrukcji drewnianej za pomocą profili stalowych
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
Copyright © 2014 Constructalia. All rights reserved